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1、第32卷第11期同济大学学报(自然科学版)Vol.32No.112004年11月JOURNALOFTONGJIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE)Nov.2004混凝土的连续损伤模型和弥散裂缝模型吴建营,李 杰(同济大学建筑工程系,上海 200092)摘要:将经典的混凝土弥散裂缝模型应用到所建议的一类基于能量的弹塑性损伤本构模型的统一理论框架中,并推导了剪切模量和剪力保持因子与受剪损伤变量的关系式.模型可以直接应用于多维应力状态下,避免了弥散裂缝模型中存在的参数经验取值问题.最后,通过一个钢
2、筋混凝土单向板的数值算例,验证了模型的有效性.关键词:混凝土;弥散裂缝模型;连续损伤模型;损伤变量中图分类号:TU311;O32文献标识码:A文章编号:0253-374X(2004)11-1428-05ContinuumDamageMechanicsModelandSmeared2crackModelforConcreteWUJian2ying,LIJie(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstra
3、ct:Theclassicalsmearedcrackmodelandtheenergy2basedelastoplasticdamagemodelproposedbytheauthorsarebrieflyintroducedinthispaper.Itisthenillustratedthatthesmearedcrackmodelcanbeputintotheunifiedframeworksoftheproposedmodel.Therelationsoftheshearmoduleandthesh
4、earretentionfactortothesheardamagevariablearealsoderived.Onenumericalsimulationofareinforcedconcreteslabwhichdemonstratestheefficiencyofthepresentedmodelconcludesthispaper.Keywords:concrete;smearedcrackmodel;continuumdamagemodel;damagevariables[1][8] 自从20
5、世纪60年代末Ngo和Scordelis以及线来反映混凝土在二维应力状态下的“拉压软化[2]Rashid分别提出离散裂缝模型和弥散裂缝模型以效应”和双轴受压强化效应.显然,这些经验性因素来,素混凝土和钢筋混凝土结构的数值分析得到了的引入导致混凝土结构的非线性分析存在相当的主飞速的发展.在早期分析中,采用“等效单轴应变”概观性.[3][9]念,通常假定混凝土受拉为理想的弹脆性,也未考同时,在分析过程中,需要引入剪力保持因子[10]虑混凝土受压的非线性特性.随着试验技术的进步以避免可能出现的数值计算问题.然而,
6、Cope等和精细化分析设计的需要,研究者提出了素混凝土指出:由于刚化效应的影响,剪力保持因子的引入会[4][5]的“受拉软化”和钢筋混凝土的“受拉刚化”概念导致平行于裂缝方向的主拉应力超过垂直于裂缝方来描述混凝土的受拉非线性行为,采用非线性弹性向的主拉应力.[6]应力-应变关系或塑性力学方法考虑混凝土的受在简要介绍上述混凝土弥散裂缝模型后,指出[7]压非线性特性,考虑“拉压软化系数”和强度包络了该模型与笔者建议的一类基于能量的混凝土弹塑收稿日期:2003-09-15作者简介:吴建营(1977-),男,湖北麻
7、城人,工学博士.E2mail:wjytj@yahoo.com.cn 第11期吴建营,等:混凝土的连续损伤模型和弥散裂缝模型1429[11,12]性损伤本构模型之间的内在联系,并推导了剪为反映混凝土受拉开裂和受压非线性特性的参数,切模量和剪力保持因子与受剪损伤变量的关系式.原则上其值可以根据简单的单轴试验确定,并引入[13]笔者建议的模型可以直接应用于多维应力状态下,断裂能以解决网格敏感性问题.有效地避免了弥散裂缝模型中存在的参数经验取值上述讨论都是基于应力-应变全量关系并在材问题.最后给出一个数值算例,验证
8、了建议模型的有料主轴上考虑问题.若采用增量关系表示,可得到[14]效性.Darwen和Pecknold提出的正交各向异性增量模型等.根据加载过程中主应力方向和裂缝方向是否保[7,15]1 弥散裂缝模型持一致可以分别得到转角裂缝模型和定角弥散[16]裂缝模型.一般认为,混凝土等准脆性材料在受拉开裂前可以足够准确地用各向同性线弹性模型来描述.二2 弹塑性损伤本构模型维应力状态下即{σ}xy=[C0]{ε}xy(1)迄
